(57)【要約】  制御装置は、リニアモータの駆動用磁石に対向して配置された磁気センサから、磁束線の方向に応じた信号を受信し、受信した信号から第１推定磁極位置を算出する磁極位置算出部と、第１推定磁極位置と磁極位置が１８０°異なる第２推定磁極位置と、第１推定磁極位置とのいずれか一方を選択し、選択した推定磁極位置を初期磁極位置として判定する制御部とを備える。
2011115098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に並べられている複数の磁石を備える磁石部と、複数のコイルを備える電機子とを具備し、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部に備えられている複数の磁石より生じる磁界とにより前記軸線方向に前記電機子又は前記磁石部の一方が直線運動をするリニアモータの制御装置であって、
前記磁石部に備えられている複数の磁石に対向して前記電機子に備えられている磁気センサから前記複数の磁石により生じる磁界の磁束線の方向に応じた信号を受信し、受信した信号に応じた第１推定磁極位置を算出する磁極位置算出部と、
前記第１推定磁極位置と磁極位置が１８０°異なる第２推定磁極位置と、前記第１推定磁極位置とのいずれか一方を選択し、選択した推定磁極位置を初期磁極位置として判定する制御部と
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記第１推定磁極位置に応じて予め定められている励磁パターンを用いて、前記複数のコイルに通電する駆動部を更に備え、
前記制御部は、
前記駆動部が前記複数のコイルに通電した際に、前記磁気センサから出力される信号に基づいて、前記第１推定磁極位置と前記第２推定磁極位置とのいずれか一方を選択し、選択した推定磁極位置を初期磁極位置として判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記リニアモータに備えられている磁極センサから出力される信号に基づいて、前記第１推定磁極位置と前記第２推定磁極位置とのいずれか一方を選択し、選択した推定磁極位置を初期磁極位置として判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記駆動部は、
前記第１推定磁極位置に対して所定のずれを有する磁極位置に対応する励磁パターンを用いて前記複数のコイルに通電する
ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記駆動部は、
前記駆動部が前記励磁パターンを用いた通電をするとき、前記リニアモータにおける最小の負荷に応じた初期電流値から一定の時間間隔ごとに、前記複数のコイルに印加する電流を上昇させ、
前記複数のコイルに印加する電流値が、前記リニアモータにおける最大の負荷に応じた最大電流値に達すると、前記複数のコイルに電流を印加することを停止させる
ことを特徴とする請求項２又は請求項４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記駆動部は、
前記複数のコイルに対して前記励磁パターンの通電を行うとき、前記リニアモータにおける最大の負荷に応じた最大電流値の電流をパルス状に通電する
ことを特徴とする請求項２又は請求項４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項７】
Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に並べられている複数の磁石を備える磁石部と、複数のコイルを備える電機子とを具備し、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部に備えられている複数の磁石より生じる磁界とにより前記軸線方向に前記電機子又は前記磁石部の一方が直線運動をするリニアモータの制御装置における制御方法であって、
前記磁石部に備えられている複数の磁石に対向して前記電機子に備えられている磁気センサから前記複数の磁石により生じる磁界の磁束線の方向に応じた信号を受信し、受信した信号に応じた第１推定磁極位置を算出する磁極位置算出ステップと、
前記第１推定磁極位置と磁極位置が１８０°異なる第２推定磁極位置と、前記第１推定磁極位置とのいずれか一方を選択し、選択した推定磁極位置を初期磁極位置として判定する判定ステップと
を有することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御装置、及び制御方法に関する。
本願は、２０１０年３月１７日に、日本に出願された特願２０１０−０６０９８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
同期電動機の始動における磁極位置（又は、電気角）である初期磁極位置を推定する方法として、ｎ分割された位相に対応する電流を同期電動機に印加し、電流を印加した際の移動方向（＋、０、−）を判定し、移動方向が＋から０及び０から−に変化する電気角領域を２分割した位相に対応する電流を再び印加する。このときの移動方向を判定することを数回繰り返し、移動方向が０となる電気角領域の中間点を発生電磁力が零となる位相を初期磁極位置と決定し、決定した位相に基づいて同期電動機の始動を行う技術がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９６０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の技術により初期磁極位置を決定する場合、複数回に亘って通電する必要があり、初期磁極位置を検出するために要する時間が長くなってしまうという問題がある。【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、同期電動機の始動時における初期磁極位置の検出に要する時間を短縮することができる制御装置、及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明は、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に並べられている複数の磁石を備える磁石部と、複数のコイルを備える電機子とを具備し、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部に備えられている複数の磁石より生じる磁界とにより前記軸線方向に前記電機子又は前記磁石部の一方が直線運動をするリニアモータの制御装置であって、前記磁石部に備えられている複数の磁石に対向して前記電機子に備えられている磁気センサから前記複数の磁石により生じる磁界の磁束線の方向に応じた信号を受信し、受信した信号に応じた第１推定磁極位置を算出する磁極位置算出部と、前記第１推定磁極位置と磁極位置が１８０°異なる第２推定磁極位置と、前記第１推定磁極位置とのいずれか一方を選択し、選択した推定磁極位置を初期磁極位置として判定する制御部とを備えることを特徴とする制御装置である。【０００７】
また、本発明は、Ｎ極及びＳ極の磁極が軸線方向に交互に並べられている複数の磁石を備える磁石部と、複数のコイルを備える電機子とを具備し、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記磁石部に備えられている複数の磁石より生じる磁界とにより前記軸線方向に前記電機子又は前記磁石部の一方が直線運動をするリニアモータの制御装置における制御方法であって、前記磁石部に備えられている複数の磁石に対向して前記電機子に備えられている磁気センサから前記複数の磁石により生じる磁界の磁束線の方向に応じた信号を受信し、受信した信号に応じた第１推定磁極位置を算出する磁極位置算出ステップと、前記第１推定磁極位置と磁極位置が１８０°異なる第２推定磁極位置と、前記第１推定磁極位置とのいずれか一方を選択し、選択した推定磁極位置を初期磁極位置として判定する判定ステップとを有することを特徴とする制御方法である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、同期電動機の始動時において、モータに対する通電回数を減らして、初期磁極位置の検出に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態におけるリニアモータ装置１を示す概略図である。
【図２】同実施形態におけるリニアモータ２０の斜視図（テーブル５３の断面を含む）である。
【図３】同実施形態におけるリニアモータ２０の正面図である。
【図４】同実施形態における電機子６０の移動方向に沿った断面を示す図である。
【図５】同実施形態における制御装置１０、及び可動子２５の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】同実施形態における可動子２５に備えられているＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと、固定子２１に配置されている磁石２４との相対的な位置を示す模式図である。
【図７】同実施形態におけるＭＲセンサ２７から出力される信号、及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加する電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと、磁極位置との対応関係の一例を示すグラフである。
【図８】同実施形態における制御装置１０が初期極位置を検出する処理を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態におけるリニアモータ３０の構成を示す第１の概略図である。
【図１０】同実施形態におけるリニアモータ３０の構成を示す第２の概略図である。
【図１１】同実施形態におけるリニアモータ３０を制御する制御装置４０の構成を示す概略ブロック図である。
【図１２】同実施形態における制御装置４０が初期磁極位置を検出する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による制御装置、及び制御方法を説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態におけるリニアモータ装置１を示す概略図である。リニアモータ装置１は、制御装置１０と、リニアモータ２０とを具備している。制御装置１０は、リニアモータ２０を駆動する制御をする装置である。リニアモータ２０は、長尺の固定子２１と、固定子２１上を移動する可動子２５と、固定子２１及び可動子２５を組み付ける一対の案内装置２２、２２を備えている。
【００１２】
案内装置２２は、例えば、ボールを介して組み付けられた軌道レール２３及びスライドブロック２６から構成されている。案内装置２２の軌道レール２３を固定子２１が有するベース５４に固定し、案内装置２２のスライドブロック２６を可動子２５に固定することにより、可動子２５が固定子２１上を軌道レール２３に沿って自在に案内されるようになっている。
また、固定子２１は、一対の軌道レール２３、２３の間に並べられた複数の駆動用磁石２４を備えている。複数の駆動用磁石２４は、可動子２５が移動する方向である移動方向において、Ｎ極及びＳ極の磁極が交互になるように並べられている。また、駆動用磁石２４は、それぞれが移動方向において、同じ長さを有している。これにより、可動子２５は、固定子２１上のいずれの位置においても、一定の推力が得られる。
【００１３】
可動子２５は、複数のコイルを有する電機子６０と、移動対象を載せるテーブルと、磁気センサであるＭＲ（Magnetoresistive Elements; 磁気抵抗効果素子）センサ２７とを備えている。ＭＲセンサ２７は、磁気抵抗効果素子などを有し、固定子２１に配置されている駆動用磁石２４が生じさせる磁界の磁束線の方向に応じた信号を制御装置１０に出力する。
制御装置１０は、ＭＲセンサ２７が出力する信号に基づいて、電機子６０が有している複数のコイルに電流を流す。これにより、電機子６０が有している複数のコイルに生じる磁界と、固定子２１に並べられている駆動用磁石２４が生じさせている磁界との作用により、可動子２５を軌道レール２３に沿って移動させる。
【００１４】
本実施形態におけるリニアモータ２０の詳細な構成を説明する。図２は、リニアモータ２０の斜視図（テーブル５３の断面を含む）である。また、図３は、リニアモータ２０の正面図である。
リニアモータ２０において、固定子２１が、上述のように、Ｎ極又はＳ極のいずれかに着磁されている面を可動子２５に向けて並べられている複数の板状の駆動用磁石２４を備えている。また、可動子が、複数のコイルを有する電機子を備え、軌道レール２３に沿って固定子２１に対して相対的に移動する。すなわち、本実施形態におけるリニアモータ２０は、フラットタイプのリニアモータである。
また、可動子２５に備えられている電機子６０は、駆動用磁石２４とすきまｇを介して対向している。
【００１５】
固定子２１が有する細長く伸びているベース５４上には、上述の複数の駆動用磁石２４が、移動方向に一列に配列されている。ベース５４は、底壁部５４ａと、底壁部５４ａの幅方向の両側に設けられる一対の側壁部５４ｂとから構成される。底壁部５４ａに上述の複数の駆動用磁石２４が取り付けられている。
複数の駆動用磁石２４それぞれには、移動方向と直行する方向であり、かつ電機子６０と対向する方向（図３において上下方向）の両端面にＮ極及びＳ極が形成されている。複数の駆動用磁石２４は、それぞれが隣接する駆動用磁石２４と異なる磁極を電機子６０と対向する面に向けた状態で並べられている。これにより、可動子２５に取り付けられているＭＲセンサ２７は、可動子２５が移動した際に、複数の駆動用磁石２４のＮ極とＳ極とに交互に対向する。
【００１６】
ベース５４の側壁部５４ｂの上面には、案内装置２２の軌道レール２３が取り付けられている。また、軌道レール２３と、スライドブロック２６とは、図示していない複数のボールを介して、組み付けられている。スライドブロック２６には、複数のボールを循環させるトラック状のボール循環経路が設けられている。スライドブロック２６が軌道レール２３上をスライド移動すると、複数のボールがボール循環経路を循環する。これにより、スライドブロック２６は、少ない摺動抵抗で、滑らかに軌道レール２３上をスライド移動することができる。
【００１７】
案内装置２２のスライドブロック２６の上面には、可動子２５のテーブル５３が取り付けられている。テーブル５３は、非磁性素材からなる移動対象を載せる台であり、例えば、アルミニウムなどでできている。
テーブル５３の下面には、電機子６０が吊り下げられている。図４の正面図に示されるように、駆動用磁石２４と電機子６０との間には、すきまｇが設けられている。案内装置２２は、可動子２５が固定子２１に対して相対的に移動するときも、電機子６０と駆動用磁石２４との間のすきまｇを一定に維持する。
電機子６０には、図３に示されるように、ＭＲセンサ２７が取り付けられている。ＭＲセンサ２７は、電機子６０が移動すると、電機子６０とともに移動するとともに、固定子２１に並べられている駆動用磁石２４によって生じる磁束線の方向の変化を検出する。
【００１８】
図４は、本実施形態における可動子２５の移動方向に沿った断面図を示す図である。テーブル５３の下面と、電機子６０との間には、断熱材６３が取り付けられている。電機子６０は、珪素鋼などの磁性素材からなるコア６４と、上述した複数のコイルであるコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗとを有している。コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、突極６４ｕ、６４ｖ、６４ｗに巻きつけられており、樹脂封止されている。コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗには、所定の位相差を有する三相交流が制御装置１０から供給される。
また、テーブル５３の下面には、電機子６０を挟んで一対の補助コア６７が取り付けられている。補助コア６７は、リニアモータ２０に発生するコギングを低減するために設けられている。
【００１９】
図５は、本実施形態における制御装置１０、及び可動子２５の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、制御装置１０は、ラインレシーバ１１ａ、１１ｂと、磁極位置算出部１２と、制御部１３と、駆動部１４とを備えている。可動子２５は、上述のように、ＭＲセンサ２７と、複数のコイルとして３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗとを備えている。
【００２０】
制御装置１０において、ラインレシーバ１１ａ、１１ｂは、可動子２５に備えられているＭＲセンサ２７から出力される２つの差動信号が入力される。ラインレシーバ１１ａ、１１ｂは、入力される２つの差動信号から雑音信号の除去を行い、雑音信号を除去した２つの差動信号を磁極位置算出部１２に出力する。この２つの差動信号は、正弦波信号（Ｓｓｉｎ）と、余弦波信号（Ｓｃｏｓ）とであり、（π／２）の位相差を有する信号である。
磁極位置算出部１２は、ラインレシーバ１１ａ、１１ｂから入力される正弦波信号と余弦波信号とに基づいて、推定磁極位置θを算出する。算出の方法は、（（正弦波信号）／（余弦波信号））の除算結果に対してarctan（又はtan-1、アークタンジェント；逆正接関数）を算出することにより推定磁極位置θを算出する。
なお、ラインレシーバ１１ａ、１１ｂ及び磁極位置算出部１２は、可動子２５に備えるようにしてもよい。
【００２１】
制御部１３は、磁極位置検出部１３１と、可動子位置検出部１３２とを有している。磁極位置検出部１３１は、磁極位置算出部１２から入力される磁極位置を示す情報に基づいて、可動子２５を移動させる前に、可動子２５のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと、固定子２１に配置されている駆動用磁石２４との相対的な位置関係を示す磁極位置を検出する。
可動子位置検出部１３２は、磁極位置算出部１２から入力される磁極位置を示す情報に基づいて、可動子２５の移動量を算出し、可動子２５の相対的な位置を算出する。すなわち、可動子位置検出部１３２は、駆動用磁石２４を利用した相対的な位置検出を行う。
駆動部１４は、制御部１３の制御により、可動子２５に備えられているコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電をする。
【００２２】
可動子２５において、ＭＲセンサ２７は、ベクトル検出タイプの磁気センサであり、固定子２１に備えられている駆動用磁石２４による磁束線の方向に応じて、上述の正弦波信号と余弦波信号とを出力する。ＭＲセンサ２７には、図５に示すように、透過する磁束線の方向により抵抗値が変化する強磁性薄膜素子により構成されたフルブリッジ回路２７ａ、２７ｂを有している。フルブリッジ回路２７ａ、２７ｂは、例えば、一つの基板上に形成され、それぞれの端子から正弦波信号と、正弦波信号に対して（π／２）の位相差を有する余弦波信号とを出力するように配置されている。
【００２３】
本実施形態において、可動子位置検出部１３２は、磁極位置算出部１２が正弦波信号及び余弦波信号を用いて算出する推定磁極位置θの変化に基づいて、可動子２５の移動方向を検出する。また、可動子位置検出部１３２は、推定磁極位置θの変換量と、固定子２１に備えられている駆動用磁石２４の間隔とから可動子２５の移動量を算出する。すなわち、可動子位置検出部１３２は、固定子２１に備えられている駆動用磁石２４から発生する磁束に基づいて、可動子２５の移動方向及び移動量を算出することにより、可動子２５の位置を検出する。
【００２４】
図６は、本実施形態における可動子２５に備えられているＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと、固定子２１に備えられている駆動用磁石２４（２４ｎ、２４ｓ）との相対的な位置を示す模式図である。固定子２１には、上述したように、Ｎ極とＳ極との磁極が移動方向に交互になるように、駆動用磁石２４が等間隔に並べられている。
可動子２５において、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、固定子２１に配置された磁極と対向するように、移動方向に並べて配置されている。また、ＭＲセンサ２７は、駆動用磁石２４による磁界が最も強い位置を通過するように、各駆動用磁石２４の中央部に対向する位置に配置されている。
【００２５】
図７は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７から出力される正弦波信号及び余弦波信号と、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加する電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと、電機子６０の磁極位置（０°〜３６０°）との対応関係の一例を示すグラフである。同図において、横軸は磁極位置を示し、縦軸はＭＲセンサ２７の正弦波信号及び余弦波信号のレベルと、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに印加する電圧のレベルを示している。なお、縦軸方向において、正弦波信号及び余弦波信号と、電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとは正規化された相対的な値が示されている。
【００２６】
図示するように、ＭＲセンサ２７から出力されるは正弦波信号（Ｓｓｉｎ）及び余弦波信号（Ｓｃｏｓ）の値は、対向する駆動用磁石２４が生じさせる磁界の磁束線の向き（磁極位置）に応じて変化する。また、ＭＲセンサ２７は、対向する駆動用磁石２４の磁極がＮ極、Ｓ極、Ｎ極の順に変化すると、駆動用磁石２４それぞれにより発生される磁束の向きの変化に応じて、２周期分の正弦波信号（Ｓｓｉｎ）及び余弦波信号（Ｓｃｏｓ）を出力する。
つまり、１８０°の位相差がある磁極位置に可動子２５の電機子６０が位置するとき、それぞれの磁極位置において、ＭＲセンサ２７から出力される正弦波信号の値は同じ値となるとともに、余弦波信号の値も同じ値となる。また、ＭＲセンサ２７から出力される正弦波信号及び余弦波信号からは、２つの磁極位置が推定される。
【００２７】
磁極位置算出部１２は、ＭＲセンサ２７から出力される正弦波信号（Ｓｓｉｎ）及び余弦波信号（Ｓｃｏｓ）から第１推定磁極位置θ（０°≦θ＜１８０°）を算出する。磁極位置検出部１３１は、磁極位置算出部１２が算出する第１推定磁極位置θと、推定磁極位置θに対して１８０°を加えた第２推定磁極位置（θ＋１８０°）とを初期磁極位置の候補にする。
すなわち、駆動用磁石２４により発生される磁束の向きにより、磁極位置算出部１２が第１推定磁極位置θを算出し、磁極位置検出部１３１が算出された第１推定磁極位置θから第２推定磁極位置（θ＋１８０°）を算出して２つの推定磁極位置を検出すべき初期磁極位置の候補にする。
【００２８】
また、同図は、磁極位置に応じたコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対する励磁パターンを示している。励磁パターンは、磁極位置に対応したコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗそれぞれに印加する電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの比である。また、駆動部１４には、同図に示す励磁パターンが磁極位置に対応付けられて記憶されている。そして、駆動部１４は、磁極位置検出部１３１から入力される磁極位置に対応した励磁パターンによりコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対する通電をする。
【００２９】
続いて、本実施形態におけるリニアモータ２０の駆動を開始する際に検出する電機子６０の磁極位置である初期磁極位置を検出する処理について説明する。
図８は、本実施形態における制御装置１０が初期極位置を検出する処理を示すフローチャートである。
制御装置１０において、初期磁極位置の検出が開始されると、磁極位置算出部１２は、ＭＲセンサ２７から入力される正弦波信号及び余弦波信号から第１推定磁極位置θを算出する（ステップＳ１０１）。
【００３０】
磁極位置検出部１３１は、磁極位置算出部１２が算出した第１推定磁極位置θを記憶する。また、磁極位置検出部１３１は、第１推定磁極位置θから＋９０°ずれた磁極位置（θ＋９０°）に対応する励磁パターンでコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電をさせる制御を、駆動部１４に対して行う（ステップＳ１０２）。
このとき、駆動部１４は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電する際、初期電流値から最大電流値まで一定の時間間隔ごとに、予め定められたステップで、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流の電流値を上昇させる。また、駆動部１４は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流の電流値が最大電流値に達すると、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対する通電を停止させる。ここで、初期電流値は、可動子２５に加えられている負荷が最小のときに、可動子２５が動き出す電流値である。また、最大電流値は、リニアモータ２０の設計上、可動子２５に加えることのできる負荷が最大のときに、可動子２５が動き出す電流値である。この初期電流値、最大電流値、及び一定の時間間隔は、シミュレーションや、実測に基づいて、適切な値が設定される。
これにより、通電によりコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに生じる磁界を徐々に強くすることにより、可動子２５（電機子６０）が動く場合においても、その移動量を少なくすることができる。
【００３１】
磁極位置検出部１３１は、正弦波信号及び余弦波信号の変化に基づいて可動子２５が移動したことを検出するか、又は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流の電流値が最大電流値に達すると、通電を停止させる制御を駆動部１４に対して行う（ステップＳ１０３）。
磁極位置検出部１３１は、可動子２５が、ステップＳ１０２における通電の際に、磁極位置を示す角度の増加する正方向に移動したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。なお、磁極位置を示す角度が３６０°を超えて変化した場合、磁極位置検出部１３１は、磁極位置が増加したと判定する。
【００３２】
可動子２５が正方向に移動した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、磁極位置検出部１３１は、可動子２５の位置する磁極位置は第１推定磁極位置θであると判定し（ステップＳ１０５）、初期磁極位置を検出する処理を終了する。
一方、可動子２５が正方向に移動しなかった場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、磁極位置検出部１３１は、可動子２５が、磁極位置を示す角度の減少する負方向に移動したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【００３３】
可動子２５が負方向に移動した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、磁極位置検出部１３１は、可動子２５の位置する磁極位置は第２推定磁極位置（θ＋１８０°）であると判定し（ステップＳ１１１）、初期磁極位置を検出する処理を終了する。
一方、可動子２５が負方向に移動しなかった場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、磁極位置検出部１３１は、第１推定磁極位置θから−９０°ずれた磁極位置（θ−９０°）に対応する励磁パターンでコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電をさせる制御を、駆動部１４に対して行う（ステップＳ１２０）。このとき、駆動部１４は、ステップＳ１０２と同様に、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流の電流値を初期電流値から最大電流値まで一定の時間間隔で上昇させる。
【００３４】
磁極位置検出部１３１は、正弦波信号及び余弦波信号の変化に基づいて可動子２５が移動したことを検出するか、又は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流の電流値が最大電流値に達すると、通電を停止させる制御を駆動部１４に対して行う（ステップＳ１２１）。
磁極位置検出部１３１は、可動子２５が、ステップＳ１２０における通電の際に、正方向に移動したか否かを判定する（ステップＳ１２２）。
【００３５】
可動子２５が正方向に移動した場合（ステップＳ１２２：ＹＥＳ）、磁極位置検出部１３１は、可動子２５の位置する磁極位置は第２推定磁極位置（θ＋１８０°）であると判定し（ステップＳ１２３）、初期磁極位置を検出する処理を終了する。
一方、可動子２５が正方向に移動しなかった場合（ステップＳ１２２：ＮＯ）、磁極位置検出部１３１は、可動子２５が負方向に移動したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。
【００３６】
可動子２５が負方向に移動した場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、磁極位置検出部１３１は、可動子２５の位置する磁極位置は第１推定磁極位置θであると判定し（ステップＳ１３１）、初期磁極位置を検出する処理を終了する。
一方、可動子２５が負方向に移動しなかった場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、磁極位置検出部１３１は、ステップＳ１０２とステップＳ１２０とにおける通電により可動子２５が移動しない場合、リニアモータ２０に何らかの不具合が生じていると判定し、エラー処理を行い（ステップＳ１４０）、初期磁極位置を検出する処理を終了する。ここで、ステップＳ１４０におけるエラー処理は、リニアモータ装置１の利用者に対して、リニアモータ２０に不具合が生じていることを示す情報を出力するなどの処理である。
【００３７】
上述のように、本実施形態における制御装置１０は、第１推定磁極位置θから算出された磁極位置（θ＋９０°）及び磁極位置（θ−９０°）に対応する２つの励磁パターンを用いて、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電を行う。磁極位置検出部１３１は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電をした際に、可動子２５が移動した方向に基づいて、第１推定磁極位置θと、第２推定磁極位置（θ＋１８０°）のいずれに可動子２５が位置しているかを検出するとともに、リニアモータ２０における不具合を検出することができる。
このように、本実施形態における制御装置１０は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対して高々２回の通電を行うことにより、可動子２５の磁極位置を検出することができ、磁極位置の検出に要する時間を短縮することができる。
【００３８】
また、リニアモータ２０の可動子２５が固定子２１上における稼動範囲の端部に突き当たった状態にある場合、制御装置１０が磁極位置（θ＋９０°）又は（磁極位置（θ−９０）のいずれかに対応する励磁パターンで通電しても、可動子２５が移動しないことがある。これに対して、制御装置１０は、ステップＳ１０２及びステップＳ１２０の処理において、磁極位置（θ＋９０°）及び（磁極位置（θ−９０）に対応する２つの励磁パターンで通電している。これにより、制御装置１０は、上述のような場合においても、可動子２５を移動させることができ、可動子２５の磁極位置を正しく検出することができる。
【００３９】
また、磁極位置の検出では、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに対して予め定められた設定位置に応じた励磁パターンによる通電を行い、可動子２５を設定位置に移動させることにより、リニアモータ２０を始動させる際の磁極位置を決める方法がある。しかし、この方法では、可動子２５は、最も大きい場合で電気角１８０°の距離を移動してしまうという問題があった。
本実施形態における制御装置１０は、可動子２５の移動を検出すると通電を止める構成（ステップＳ１０３、及びステップＳ１２１）を備えているので、初期磁極位置を検出する際に可動子２５が移動する距離を最小限にすることができる。
【００４０】
本実施形態のリニアモータ２０は、可動子２５が電機子６０を備え、電機子６０がコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを有している。つまり、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、電機子６０の一部であり、電機子６０は、可動子の一部である。また、固定子２１は、磁石部である複数の駆動用磁石２４を備えていている。このリニアモータ２０は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電することにより電機子６０が移動するフラットタイプのリニアモータである。しかし、電機子が固定子の一部であり、磁石部が可動子の一部である構成を有するリニアモータに対して、上述の初期磁極位置を検出する処理を適用してもよい。
【００４１】
また、本実施形態では、ステップＳ１０２及びステップＳ１２０において、第１推定磁極位置θに対して９０°ずれた磁極位置に対応する励磁パターンを用いてコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電する構成を説明した。しかし、これに限ることなく、第１推定磁極位置θに対してα（０°＜α＜１８０°）ずれた磁極位置に対応する励磁パターンを用いてコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電するようにしてもよい。なお、α＝９０°にした場合、可動子２５が第１推定磁極位置θ又は第２推定磁極位置（θ＋１８０）のいずれに位置するときも、励磁パターンとの磁極位置の差が９０°になる。これにより、可動子２５が第１推定磁極位置θと、第２推定磁極位置（θ＋１８０）とのいずれに位置しているときも、磁極位置として９０°の移動量を確保することができ、可動子２５が移動した方向を判定する精度を向上させることができる。
【００４２】
また、ステップＳ１０２及びステップＳ１２０において、第１推定磁極位置に対してβ（１８０°＜β＜３６０°）ずれた磁極位置に対応する励磁パターンを用いてコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに通電するようにしてもよい。この場合、ステップＳ１０４、ステップＳ１１０、ステップＳ１２２、及びステップＳ１３０における移動方向の判定は、それぞれのステップにおいて「正方向」と「負方向」とが逆方向となる。
【００４３】
また、本実施形態では、ステップＳ１０２及びステップＳ１２０において、初期電流値から最大電流値まで、一定の時間間隔ごとに、予め定められたステップで、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流の電流値を上昇させる構成を説明した。しかし、これに限ることなく、最大電流値の電流をパルス状に予め定められた回数で通電するようにしてもよい。これにより、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流値を徐々に上昇させる場合に比べ、通電に要する時間を短縮することができる。
【００４４】
［第２実施形態］
第２実施形態におけるリニアモータ装置は、ロッドタイプのリニアモータを具備している点が、第１実施形態のリニアモータ装置と異なる。また、本実施形態におけるリニアモータには、ＭＲセンサに加えて、ホールセンサが備えられている。以下、本実施形態において、第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
図９と図１０とは、第２実施形態におけるリニアモータ３０の構成を示す概略図である。また、図９と図１０とは、リニアモータ３０の断面図を含んでいる。
リニアモータ３０は、電機子である長尺のコイル収納ケース３１に対して、可動子であるロッドが長手方向に相対的に移動するロッドタイプのリニアモータである。コイル収納ケース３１の内側には、複数のコイル３３が長手方向に積層されている。複数のコイル３３は、Ｕ相のコイル３３ｕ、Ｖ相のコイル３３ｖ、Ｗ相のコイル３３ｗを一組として、複数組みのコイル３３が順に積層されている。
また、コイル収納ケース３１の両端面には、エンドケース３４が取り付けられている。エンドケース３４には、ロッド３２の直線運動を案内する軸受であるブッシュ３５ａ、３５ｂが取り付けられている。
【００４６】
可動子であるロッド３２は、例えば、ステンレスなどの非磁性体からなり、パイプのように中空の空間を有している。ロッド３２の中空空間には、円柱形状の複数の駆動用磁石３６が、それぞれの同極を対向させて、長手方向に積層されている。すなわち、複数の駆動用磁石３６は、それぞれがＮ極とＮ極とを対向させるとともに、Ｓ極とＳ極とを対向させて積層されている。また、隣り合う駆動用磁石３６の間には、鉄などの軟質磁性材料からなるポールシュー３７が介在している。ポールシュー３７を介在させることで、ロッド３２に発生する磁束密度の変化を正弦波形状に近づけることができる。
【００４７】
また、ロッド３２は、コイル収納ケース３１の内側に積層されている複数のコイル３３内を貫通している。また、ロッド３２は、コイル収納ケース３１に対して長手方向に移動可能に支持されている。
コイル収納ケース３１の両端面に取り付けられているエンドケース３４のうち、一方のエンドケース３４に接するようにセンサーケース３８が設けられている。すなわち、一方のエンドケース３４は、ロッド３２が移動する方向に、コイル収納ケース３１とセンサーケース３８とに挟まれている。
【００４８】
センサーケース３８には、基板３８１が備えられている。基板３８１の一方の主面には、磁気センサとしてのＭＲセンサ２７がロッド３２と対向して取り付けられている。また、基板３８１の他方の主面には、磁極センサとしてのホールセンサ３８２がロッド３１と対向して取り付けられている。このように、ＭＲセンサ２７と、ホールセンサ３８２とが、基板３８１の各主面に取り付けられているので、ロッド３２が移動する方向において基板３８１のサイズを短くすることができる。なお、ＭＲセンサ２７と、ホールセンサ３８２とを基板３８１の一方の主面に取り付けるようにしてもよい。
なお、図１０においては、ＭＲセンサ２７と、ホールセンサ３８２とを識別しやすくするために、センサーケース３８の図示を省いている。
【００４９】
ＭＲセンサ２７は、対向するロッド３１内の駆動用磁石３６が生じさせている磁界の磁束線の向きに応じた２つの信号を出力する。この２つの信号は、第１実施形態と同様に、正弦波信号と、正弦波信号と（π／２）の位相差を有する余弦波信号である。
ホールセンサ３８２は、対向するロッド３１内の駆動用磁石３６の磁極に応じた信号である磁極信号を出力する。磁極信号は、ホールセンサ３８２がＮ極を検出しているか、又はＳ極を検出しているかのいずれかを示す信号である。
【００５０】
図１１は、本実施形態におけるリニアモータ３０を制御する制御装置４０の構成を示す概略ブロック図である。なお、図１１には、リニアモータ３０の構成の一部が示され、リニアモータ３０の構成のうち、一組のコイル３３ｕ、３３ｖ、３３ｗと、ホールセンサ３８２と、ＭＲセンサ２７とが示されている。本実施形態の制御装置４０は、ホールセンサ３８２が出力する磁極信号が入力される点が、第１実施形態の制御装置１０の構成と異なる。
【００５１】
同図に示すように、制御装置４０は、３つのラインレシーバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、磁極位置算出部１２と、制御部４３と、駆動部４４とを備えている。
制御装置４０において、ラインレシーバ１１ｃは、リニアモータ３０に備えられているホールセンサ３８２から出力される磁極信号が入力される。ホールセンサ３８２から出力される磁極信号は、差動信号である。ラインレシーバ１１ｃは、入力される磁極信号から雑音信号の除去を行い、雑音信号を除去した磁極信号を制御部４３に出力する。なお、本実施形態において、ＭＲセンサ２７が出力する正弦波信号及び余弦波信号と、０°から３６０°で示される磁極位置との関係は、第１実施形態と同様に、図７に示されている関係とする。すなわち、Ｓ極は磁極位置が１３５°から３１５°までの範囲に対応し、Ｎ極は磁極位置が０°から１３５°までの範囲と３１５°から３６０°までの範囲とに対応する場合について説明する。
【００５２】
制御部４３は、磁極位置検出部４３１と、可動子位置検出部１３２とを有している。磁極位置検出部４３１は、磁極位置算出部１２から入力される磁極位置を示す情報に基づいて、リニアモータ３０を駆動させる前に、固定子であるコイル収納ケース３１備えられている複数のコイル３３と、可動子であるロッド３２に積層されている複数の駆動用磁石３６との相対的な位置関係を示す磁極位置を検出する。
駆動部４４は、制御部４３の制御に基づいて、所定の位相差を有する三相交流を複数のコイル３３に通電して、リニアモータ３０を駆動させる。
【００５３】
図１２は、本実施形態における制御装置４０が初期磁極位置を検出する処理を示すフローチャートである。
制御装置４０において、初期磁極位置の検出が開始されると、磁極位置算出部１２は、ＭＲセンサ２７から入力される正弦波信号及び余弦波信号から第１推定磁極位置θを算出する（ステップＳ２０１）。
磁極位置検出部４３１は、ホールセンサ３８２から入力される磁極信号がＳ極を示しているか否か判定する（ステップＳ２０２）。
【００５４】
磁極信号がＳ極を示している場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、磁極位置検出部４３１は、第１推定磁極位置θと、第２推定磁極位置（θ＋１８０°）とのうち、１３５°から３１５°までに含まれる推定磁極位置を選択する。磁極位置検出部４３１は、リニアモータ３０の初期磁極位置は、選択した推定磁極位置であると判定し（ステップＳ２０３）、初期磁極位置を検出する処理を終了する。
一方、磁極信号がＮ極を示している場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、磁極位置検出部４３１は、第１推定磁極位置θと、第２推定磁極位置（θ＋１８０°）とのうち、１３５°から３１５°までに含まれない推定磁極位置を選択する。磁極位置検出部４３１は、リニアモータ３０の初期磁極位置は、選択した推定磁極位置であると判定し（ステップＳ２０４）、初期磁極位置を検出する処理を終了する。
【００５５】
上述のように、本実施形態における制御装置４０は、ホールセンサ３８２が出力する磁極信号に基づいて、第１推定磁極位置θ及び第２推定磁極位置（θ＋１８０°）のうちいずれか一方の推定磁極位置を、リニアモータ３０の初期磁極位置として検出する。
このように、制御装置４０は、リニアモータ３０に対して通電させることなく、リニアモータ３０の初期磁極位置を検出することができ、初期磁極位置の検出に要する時間を短縮することができる。
また、制御装置４０は、リニアモータ３０に対して通電を行わないので、リニアモータ３０を駆動させることなく、初期磁極位置の検出を行うことができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、ＭＲセンサ２７が出力する正弦波信号及び余弦波信号と、磁極位置との関係が図７に示されている関係の場合について説明した。しかし、Ｓ極は１３５°から３１５°までの範囲に対応し、Ｎ極は０°から１３５°までの範囲と３１５°から３６０°までの範囲とに対応する場合に限られない。すなわち、ステップＳ２０３及びステップＳ２０４において、磁極位置検出部４３１は、ホールセンサ３８２が検出した磁極に対応する磁極位置の範囲に含まれる推定磁極位置を選択するようにしてもよい。
【００５７】
なお、第１実施形態では、フラットタイプのリニアモータにおける初期磁極位置を検出する構成について説明したが、ロッドタイプのリニアモータにも適用してもよい。また、第２実施形態では、ロッドタイプのリニアモータにおける初期磁極位置を検出する構成について説明したが、フラットタイプのリニアモータにも適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明によれば、同期電動機の始動時において、モータに対する通電回数を減らして、初期磁極位置の検出に要する時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０，４０    制御装置
２０，３０    リニアモータ
１２    磁極位置算出部
１３，４３    制御部
１４，４４    駆動部
１３１，４３１    磁極位置検出部
【図１】
2011115098.tif 000003
【図２】
2011115098.tif 000004
【図３】
2011115098.tif 000005
【図４】
2011115098.tif 000006
【図５】
2011115098.tif 000007
【図６】
2011115098.tif 000008
【図７】
2011115098.tif 000009
【図８】
2011115098.tif 000010
【図９】
2011115098.tif 000011
【図１０】
2011115098.tif 000012
【図１１】
2011115098.tif 000013
【図１２】
2011115098.tif 000014
【国際調査報告】
2011115098.tif 000015
2011115098.tif 000016